Способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами

 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕСОГЛАСОВАННЫХ ОХВАТЫВАЮЩИХ

СПАЕВ ДИЭЛЕКТРИКА С МЕТАЛЛАМИ

Изобретение относится к способам йз=. готовления спаев диэлектриков с металлами и может быть использовано в электронной, приборостроительной, ядерной и космической технике.

Для получения несогласованных охва "

5 тываюших спаев диэлектриков с металлами известен способ непосредственной пайки диэлектрика с металлической арматурой, цри этом диаметр соединения ограничен 20-50 мм Pl/.

Наиболее стабильные и высокие термомеханические характеристики металлодиэлектрических спаев наблюдаются при пайке с манжетами из титана. Это объясняется тем, что термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) титана весьма близок к большинству диэлектриков, а его высокие механические характеристики приводят к тому, что спай диэлектрика с металлами находится в сжатом состоянии до 700-750с С.

Однако получени» поцоб пдх спаев свяэйнО с ис ll o/I I:3(í lIIHt t I мл)!Опроизводитель ного печного вакуумного оборудования .или специальных печей с защитной средой инертных газов. Кроме того, по техническим условиям эксплуатации титановая арматура далеко не всегда удовлетворяет требования, предъявляемые к манжетам, соединяемым с диэлектриком, так как необходимо применение таких металлов и сплавов как медь, никель, нержавеющая сталь, которые имеют значитель ,но больший,чем у диэлектрика ТКЛР.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты с бандажом с последующей пайкой P)

Для расширения циазона испол зования охватывающих спаев диэлектриков сметаллами,,имеющими ТКЛР больший, чем у диэлектрика, применяют съемные и несъемные бандажи из металлов с низким ТКЛР, например из молибдена, вольфго

5 85707 рама, при этом необходим весьма точный выбор соответствующего внутреннего диаметра бандажа, так как в противном случае из-за малой или большой величины зазора между диэлектриком и металлом не удается получить качественнйй паяный шов.

Кроме того, недостатком способа является малая термическая стойкость металлодиэлектрических спаев, так как

:в случае съемных и несъемных бандажей при последующих нагревах спай испытывает напряжения растяжения, приводящие к разрушению диэлектрика, а в случае несъемных бандажей в виде припаеваемых колец из молибдена резко повышается жесткость манжеты, что приводит к разрушению спаев под действием как растягивающих, так и окружных напряжений.

Недостатком несъемных бандажей является также их высокая стоимость и низкая термохимическая устойчивость в окислитепьной среде, приводящая к их полному разрушению в результате окисления в процессе эксплуатации при повышенг5 ных температурах.

Цель изобретейия — повышение термомеханической прочности сная в радикальном направлении и термохимической стойкости металподиэпектрического узла, а также удешевление процесса.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты с, бандажом с последующей пайкой, бандаж изготавливают из титана или его сплавов и перед сборкой его окисляют в воздушной среде при 600-800 С в течение 0,5-3 ч, Кроме того пайку 0 осуществляют в среде азота и водорода, при содержании последнего 3-80 об. %

Повышение термической и механической надежности, спаев, выполненных по предлагаемому способу, обеспечивается следующими факторами.

Как известно, ТКЛР титана линейно возрастает с температурой и несколько больше, чем у большинства известных керамических (алюмооксидных, бериллиевых и др.) материалов, а также сапфира и ряда технических стекол. B то же время он существенно ниже, чем у конструкционных металлов, используемых жеты с диэлектриком позволяет создать гарантированный капилярный зазор между манжетой и диэлектриком для заполнения, припоЕм и хорошего формирования паяного шва. После пайки титановый бандаж обеспечивает возникновение и спае сжимающих радиальных: напряжений, которые сохраняются при последующих циклах нагрева и охлаждения, что исключа-, ет появление опасных для металлодиэпектрического соединения растягивающих напряжений и приводит к повышению термической и механической надежности соединения.

Предварительное окисление титанового бандажа или его оксидироваиие предотвращает взаимодействие титана с металлической манжетой, которое могло бы привести к образованию легкоплавких эвтектик, а также исключает возможное ь диффузионное сцепление бандажа с манжетой, в результате чего практически полностью снимаются окружные налряжения, действующие в металлодиэпектрическом спае.

Кроме того, окисная пленка замедляет диффузию водорода в титан при его нагреве и восстан9вительной среде и позволяет осуществлять пайку сборочных единиц в печах с защитной азотно-водородной газовой средой.

Окисление титанового бандажа производят при 600-800 С соответственно в о течение 3-0,5 ч. При снижении температуры окисления пайки 600 С образующаяо ся пленка недостаточна для надежной зашиты титана, в результате чего бандаж не будет выполнять указанную выше функцию. Окисление титана выше 800"С приводит к изменению свойств титанового бандажа.

Предлагаемым способом возможно пи- лучить надежные спаи, например полупроводников с металлами, при использовании титанового бандажа., Пример. Для получения охватывающего спая керамического диска диаметром

120мм и толщиной 4 мм с медной манжетой 0,8 мм готовят бандаж из титанового сплава марки ВТ-5 в виде кольца топШиной 4мм и высотой, равной толщине диска. Перед сборкой в узел бандаж окиспяют в воздушной среде при 700 С в течео ние 60 мин.

8 несогласованных спаях с диэлектриками, таких как медь, никель, нержавеющая сталь и др. Использование титанового бандажа при пайке металлической манПайку узлов осуществляют припоем

ПСр-72В в среде азота с добавлением 3-50 об. % водорода- Во всех случаях

857

Составитель С. Шахиджанова

Редактор В. Еремеева Техред М.Табакович Корректор Н. Степ

Заказ 7 17 8/34 Тираж 660 Подписное

В НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ЗЙ, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 получают надежные вакуумно-плотные соединения.

Аналогичные узлы, спаянные в среде одного азота, имеют выход годных окoao

70%, что объясняется окислением меди в процессе пайки и худшим формированием паяиого > шва из-за плохой смачиваемости меди припоем.

При пайке в среде чистого водорода после пребывания при повышенной темпе- tO ратуре более 60 мин бандаж начинает разрушаться за счет поглощения водорода. Поэтому рекомендуемой газовой средой являеяся смесь азота с водородом при содержании водорода от 3 до 50%.

Механическая прочность титана после пайки в азотно-водородной среде возрастает на 6-11% от исходной, что влияет на надежность спаев.

В соответствии с предлагаемым спосоьом получены надежные металлодиэлектрические соединения с керамикой

22 ХС, со стеклом н сапфиром.

Фор мула изобретения

1. Способ получения несогласованных zs охватывающих спаев. диэлектрика с металI

79 6 лами путем сборки диэлектрической лета= лниметаллической манжеты с бандажом с последующей пайкой, а r и н ч а юшийся тем, что, с пенью повышения термомеханической прочности сная в радиальном направлении и термохимической стойкости металло-,цйвлектрического узла, бандаж кзготавливают из титана или его сплавов и перед сборкой его

oaacasan в воздушной среде при 600800 С в течение 0,5-3ч.

2. Способ по д.3. е т л и ч а ю m и йс я тем, что, с целью удешевления процесса пайку осуществляют в среде ® та и водорода при содержании последнего

3-80об.%

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе.

1.. Преснов В. А. и др. Керамика и ее спаи с металлом в технике. М., Атомиздат, 1969, с. 189-207.

2. Батыгин B. H. и др. Вакуумоплотная керамика и ее спаи с металлом.

М., " Энергия, 1973, с. 315-322.